دعم المحفز
في الكيمياء، دعامة المحفز هي مادة، عادة ما تكون صلبة ذات مساحة سطح عالية، يتم تثبيت المحفز عليها . [1] يتم تعزيز نشاط المحفزات غير المتجانسة بشكل أساسي من خلال الذرات الموجودة على السطح الذي يمكن الوصول إليه للمادة. وبالتالي، يتم بذل جهد كبير لزيادة المساحة السطحية النوعية للمحفز. تتضمن إحدى الطرق الشائعة لزيادة المساحة السطحية توزيع المحفز على سطح الدعامة. قد يكون الدعامة خاملة أو تشارك في التفاعلات الحفزية. تشمل الدعامات النموذجية أنواعًا مختلفة من الكربون المنشط والألومينا والسيليكا . [2]
تطبيق المحفزات على الدعامات
تُستخدم طريقتان رئيسيتان لإعداد المحفزات المدعومة. في طريقة التشريب، تتم معالجة تعليق الدعامة الصلبة بمحلول من مادة أولية، ثم يتم تنشيط المادة الناتجة في ظل ظروف من شأنها تحويل المادة الأولية (غالبًا ملح معدني) إلى حالة أكثر نشاطًا، ربما المعدن نفسه. في مثل هذه الحالات، يكون دعامة المحفز عادةً في شكل حبيبات. بدلاً من ذلك، يمكن تحضير المحفزات المدعومة من محلول متجانس عن طريق الترسيب المشترك . على سبيل المثال، تتم معالجة محلول حمضي من أملاح الألومنيوم والمواد الأولية بالقاعدة لترسيب هيدروكسيد مختلط، والذي يتم تحميصه لاحقًا . [3]
عادةً ما تكون الدعامات مستقرة حراريًا للغاية وتتحمل العمليات المطلوبة لتنشيط المواد الأولية. على سبيل المثال، يتم تنشيط العديد من المواد الأولية عن طريق التعرض لتيار من الهيدروجين عند درجات حرارة عالية. وبالمثل، تتسخ المحفزات بعد الاستخدام المطول، وفي مثل هذه الحالات يتم تنشيطها أحيانًا من خلال دورات الأكسدة والاختزال، مرة أخرى عند درجات حرارة عالية. يتم تنشيط محفز فيليبس ، المكون من أكسيد الكروم المدعوم على السيليكا، بواسطة تيار من الهواء الساخن. [4]
الانسكاب
غالبًا ما يُنظر إلى الدعامات على أنها خاملة: يحدث التحفيز عند "الجزر" الحفزية والدعامة موجودة لتوفير مساحات سطحية عالية. تشير التجارب المختلفة إلى أن هذا النموذج غالبًا ما يكون مبسطًا للغاية. من المعروف على سبيل المثال أن المواد الممتصة، مثل الهيدروجين والأكسجين، يمكن أن تتفاعل مع وحتى تهاجر من جزيرة إلى أخرى عبر الدعامة دون إعادة الدخول إلى الطور الغازي. تسمى هذه العملية حيث تهاجر المواد الممتصة من وإلى الدعامة بالانسكاب. من المتصور، على سبيل المثال، أن الهيدروجين يمكن أن "يتسرب" على الدعامة المؤكسدة كمجموعات هيدروكسي. [5]
استخلاص المحفز
تعتبر عملية الاستخلاص من المشاكل الشائعة في التحفيز غير المتجانس ، وهو شكل من أشكال التعطيل حيث يتم فقدان الأنواع النشطة على سطح المحفز الصلب في الطور السائل. الاستخلاص ضار لأسباب بيئية وتجارية، ويجب أخذه في الاعتبار إذا كان من المقرر استخدام المحفز لفترات طويلة من الزمن. إذا كانت التفاعلات الرابطة بين المحفز ودعامته ضعيفة للغاية، فسوف يتفاقم الاستخلاص، وسوف ينخفض نشاطه بعد الاستخدام المطول. بالنسبة للمحفزات المحبة للإلكترونات ، يمكن معالجة الاستخلاص عن طريق اختيار دعامة أكثر أساسية . [6] نظرًا لأن هذه الاستراتيجية قد تؤثر سلبًا على نشاط المحفز، فإن التوازن الدقيق بين تخفيف الاستخلاص والنشاط مطلوب. [7]
تفاعل قوي بين المعدن والدعم
التفاعل القوي بين المعدن والداعم هو حالة أخرى تسلط الضوء على التبسيط المفرط الذي يجعل المحفزات غير المتجانسة مدعومة فقط على مادة خاملة. تم توفير الدليل الأصلي من خلال اكتشاف أن جزيئات البلاتين ترتبط بـ H 2 بنسب PtH 2 لكل ذرة سطح بغض النظر عما إذا كان البلاتين مدعومًا أم لا. ومع ذلك، عندما يتم دعمه على ثاني أكسيد التيتانيوم ، لم يعد البلاتين يرتبط بـ H 2 بنفس النسب . يُعزى هذا الاختلاف إلى التأثير الإلكتروني للتيتانيا على البلاتين، أو ما يسمى أيضًا بالتفاعل القوي بين المعدن والداعم. [8]
التحفيز الجزيئي المتغاير
تم تثبيت المحفزات الجزيئية، التي تتكون من معقدات معدنية انتقالية، على حوامل المحفز. تجمع المادة الناتجة من حيث المبدأ بين ميزات كل من المحفزات المتجانسة - هياكل معقدة معدنية محددة جيدًا - ومزايا المحفزات غير المتجانسة - القدرة على الاسترداد وسهولة التعامل. تم تطوير العديد من الطرق لربط محفزات معقدة معدنية بدعامة. ومع ذلك، لم تثبت هذه التقنية جدواها التجارية، وعادةً ما يكون ذلك لأن معقدات المعادن الانتقالية غير المتجانسة تتسرب من الدعامة أو يتم إبطال نشاطها بها. [9]
دعم التحفيز الكهربائي
تُستخدم الدعامات لإضفاء الاستقرار الميكانيكي على جسيمات النانو أو المساحيق المحفزة. تعمل الدعامات على تثبيت الجسيم مما يقلل من حركته ويعزز الاستقرار الكيميائي: يمكن اعتبارها عوامل تغطية صلبة. تسمح الدعامات أيضًا بإعادة تدوير الجسيمات النانوية بسهولة. [10]
ومن بين أكثر المواد الدعامة الواعدة الجرافين بسبب مساميته وخصائصه الإلكترونية واستقراره الحراري ومساحته السطحية النشطة.
أمثلة
يتم دعم جميع المحفزات غير المتجانسة الرئيسية تقريبًا كما هو موضح في الجدول أدناه.
| عملية | المتفاعلات، المنتجات | المحفز | يدعم |
|---|---|---|---|
| تخليق الأمونيا ( عملية هابر-بوش ) | ن 2 + هيدروجين ، ن 3 | أكاسيد الحديد | الألومينا |
| إنتاج الهيدروجين عن طريق الإصلاح بالبخار | CH 4 + H 2 O، H 2 + CO | النيكل | ك 2 أ |
| تخليق أكسيد الإيثيلين | ج 2 ح 4 + أ 2 ، ج 2 ح 4 أ | الفضة مع العديد من المروجين | الألومينا |
| بلمرة زيجلر-ناتا للإيثيلين | البروبيلين ، البولي بروبيلين ؛ الإيثيلين ، البولي إيثيلين | كلوريد التيتانيوم 3 | كلوريد المغنيسيوم 2 |
| إزالة الكبريت من البترول ( إزالة الكبريت بالهيدروجين ) | مركبات الكبريت العضوي H2+ ، RH + H2S | مو - كو | الألومينا |
انظر أيضا
- مفاعل السرير المميّع – المفاعل الكيميائي
مراجع
- ^ كتاب IUPAC الذهبي.
- ^ ما، تشن؛ زايرا، فرانسيسكو (2006). "التحفيز غير المتجانس بواسطة المعادن". في: موسوعة الكيمياء غير العضوية، جون وايلي. doi :10.1002/0470862106.ia084
- ^ Hudson, L. Keith; Misra, Chanakya; Perrotta, Anthony J.; Wefers, Karl; Williams, FS (2002). "Aluminum Oxide". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . وينهايم: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a01_557. ISBN 978-3527306732..
- ^ ماكدانييل، ماكس ب. (2010). مراجعة لمحفز الكروم المدعوم من فيليبس واستخدامه التجاري في بلمرة الإيثيلين . التقدم في التحفيز. المجلد 53. ص 123-606. doi :10.1016/S0360-0564(10)53003-7. ISBN 9780123808523.
- ^ كونر، دبليو كورتيس؛ فالكونر، جون إل. (1995). "الانتشار في التحفيز غير المتجانس". المراجعات الكيميائية . 95 (3): 759-788. doi :10.1021/cr00035a014.
- ^ أبو الفتوح، إيمان فهمي؛ فيشتلكورد، مايكل؛ بيتشنيج، رودولف (2010). "البنية والخصائص الحفزية لأكسيد الفاناديوم المدعوم بأكسيد المغنيسيوم في الأكسدة الانتقائية للسيكلوهكسان". مجلة الحفز الجزيئي أ: الكيمياء . 318 (1-2): 51-59. doi :10.1016/j.molcata.2009.11.007.
- ^ أبو الفتوح، إيمان فهمي؛ بيتشنيج، رودولف (2014). "تحضير وتوصيف ونشاط تحفيزي لحفازات أكسيد الفاناديوم المدعومة بأكسيد المغنيسيوم/أكسيد السيليكون " . رسائل التحفيز . 144 : 97–103. doi :10.1007/s10562-013-1098-z. S2CID 95557262.
- ^ Tauster, SJ (1987). "تفاعلات معدنية قوية مع دعم". Accounts of Chemical Research . 20 (11): 389–394. doi :10.1021/ar00143a001.
- ^ هوبنر، ساندرا؛ دي فريس، يوهانس جي؛ فارينا، فيتوريو (2016). "لماذا لا تستخدم الصناعة معقدات المعادن الانتقالية الثابتة كمحفزات؟". Advanced Synthesis & Catalysis . 358 : 3–25. doi :10.1002/adsc.201500846.
- ^ Hu, H.; Xin, JH; Hu, H.; Wang, X.; Miao, D.; Liu, Y. (2015). "تخليق وتثبيت المحفزات النانوية المعدنية لتفاعلات الاختزال - مراجعة". مجلة كيمياء المواد . 3 (21): 11157-11182. doi :10.1039/C5TA00753D. hdl : 10397/8849 .
